一种增加化学钢化玻璃离子交换层深度的方法及制备所得到的钢化玻璃技术

本发明专利技术涉及一种增加化学钢化玻璃离子交换层深度的方法及制备所得到的钢化玻璃。该方法包括以下步骤：1)将玻璃放入熔盐中进行化学强化，温度为T1；2)将步骤1)得到的玻璃进行热处理，热处理温度为T2；3)将步骤2)得到的玻璃进行化学强化，温度为T3。采用上述增加化学钢化玻璃离子交换层深度的方法，可以在较短时间内显著提高玻璃的应力层深度，同时表面压应力和抗弯强度也保持较高数值，该方法不仅缩短了化学钢化的时间，节约了生产成本，也便于生产集成，提升生产效率。采用本发明专利技术技术方案所制备的化学钢化玻璃在新型显示，以及飞机、汽车和高速轨道列车等领域具有应用价值。

A method for increasing the depth of ion-exchange layer of chemically tempered glass and the toughened glass obtained thereby.

The invention relates to a method for increasing the depth of ion exchange layer of chemically tempered glass and a prepared tempered glass. The method comprises the following steps: 1) chemical strengthening of glass in molten salt at T1; 2) heat treatment of glass obtained in step 1 at T2; 3) chemical strengthening of glass obtained in step 2 at T3. The method of increasing the depth of ion exchange layer of chemically tempered glass can remarkably increase the depth of stress layer of glass in a relatively short time, and the surface compressive stress and bending strength can also be maintained at a higher value. This method not only shortens the time of chemical tempering, saves the production cost, but also facilitates the integration of production and enhances the raw material. Production efficiency. The chemical tempered glass prepared by adopting the technical scheme of the invention has application value in the fields of new type display, aircraft, automobile and high-speed rail train, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种增加化学钢化玻璃离子交换层深度的方法及制备所得到的钢化玻璃
本专利技术涉及化学强化玻璃制备领域，具体涉及一种增加化学钢化玻璃离子交换层深度的方法及制备所得到的钢化玻璃。
技术介绍
化学钢化又称为离子交换，是提高玻璃应力层深度、表面压应力和抗弯强度的有效方法之一。低温型离子交换是指在低于玻璃应变点温度下，使熔盐中半径较大的钾离子置换玻璃中半径较小的钠离子，在玻璃表面产生压应力，从而提高玻璃的力学性能的方法。近年来，化学钢化玻璃在电子信息产品、医疗器具、建筑、交通等领域逐渐获得广泛的应用。化学强化玻璃中离子交换层深度是衡量玻璃抵抗裂纹能力的重要指标，提高离子交换层深度对于提高化学强化玻璃的使用性能具有重要的意义。化学强化时，离子交换层深度受交换离子在玻璃中扩散系数(扩散能力)的影响，其扩散速度可表示为：其中D0为与玻璃相关的常数，Q表示活化能，R为摩尔气体常数，T为温度；因此，提高化学强化温度、延长化学强化时间等可在一定程度上提升离子交换层深度。但随着化学强化温度升高或者时间延长，玻璃表面压应力随温度与时间按照下述公式的关系发生变化：其中，σ为表面应力值，t为交换时间，K为由玻璃成分和温度决定的热力学平衡常数，τ为驰豫时间。因此，过高的化学强化温度与过长的化学强化时间会引起玻璃结构与应力弛豫，降低玻璃表面压应力与抗弯强度，并且显著提升化学强化成本，降低生产效率。例如陈志红等人使用普通钠钙硅玻璃，利用硝酸钾熔盐，在460℃条件下化学强化5小时，离子交换层深度达到22μm；但当化学强化时间延长至7小时后，表面压应力下降了30MPa，抗弯强度降低了13MPa(普通薄玻璃化学钢化.玻璃,2013,40(5):36-38)。Erdem等人使用低铝玻璃，利用硝酸钾熔盐，在425℃条件下化学强化16小时，离子交换层深度达到42μm；并且随着化学强化的温度增加至450℃后，弯曲强度降低了80MPa(Chemicaltemperingofsodalimesilicateglassesbyionexchangeprocessfortheimprovementofsurfaceandbulkmechanicalstrength.JournalofNon-CrystallineSolids,2017,473:170-178)。此外，简单地提高化学强化温度，易引起硝酸钾熔盐的高温分解，加速熔盐失效。由于受到玻璃本体组成与结构的影响，使用化学强化添加剂仅能在一定程度上增加离子交换层深度，难以实现离子交换层深度的明显提升。电场辅助和外加超声波等方法能够有效地促进离子交换进程，增加离子交换层深度，并且能够有效抑制结构弛豫所引起的表面应力与抗弯强度下降。但电场辅助和外加超声波等方法对玻璃前处理要求较高，设备复杂，成本高，难以实现高效率的规模化生产。分步离子交换(或分步化学强化)法是提高应力层深度的方法之一。专利申请CN102030465A公布了一种分段式化学钢化工艺，通过一步高温化学钢化及一步或多步低温化学钢化，提高了玻璃的强化层深度。但离子交换层深度(或强化层深度或应力层深度)主要取决于化学强化的最高温度与最长时间，因此，该方法提升应力层深度的能力有限。此外，另一种可以提高玻璃离子交换层深度的方法是对已经化学强化的玻璃进行热处理，但是高温过程也会导致玻璃产生应力松弛而使表面压应力降低，并且随着热处理温度或者时间的增加，玻璃表层的较大半径的钾离子向玻璃内部扩散，导致玻璃表层较大半径离子浓度降低，表面压应力降低，表面结构发生弛豫。如刘冬等人使用高铝玻璃和硝酸钾熔盐，在400℃下化学强化4.5小时，离子交换层深度达到34μm，然后将强化后的玻璃进行不同制度的热处理；当在380℃热处理0.5小时后，离子交换层深度增加了5μm，表面压应力降低了143MPa；当在500℃下热处理0.5小时后，离子交换层深度增加了31μm，表面压应力下降了568MPa(高铝盖板玻璃化学强化后热处理的研究.2016光电子玻璃及材料技术交流研讨会，2017)。Jiang等人使用中铝玻璃和硝酸钾熔盐，在410℃下化学强化4小时，离子交换层深度达到21μm，然后将强化后的玻璃进行不同制度的热处理；当在390℃下热处理1小时后，离子交换层深度增加了4μm，表面压应力下降了130MPa；当在390℃下热处理5小时后，离子交换层深度增加了16μm，表面压应力下降了355MPa(StressRelaxationofIonExchangedFloatAluminosilicateGlassatDifferentTemperature.AdvancedMaterialsResearch,2013,650:216-219)。因此，如何使热处理后的玻璃重新获得较高的表面压应力是需要解决的技术问题，而现有的研究并没有提出一种适合的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种增加化学钢化玻璃离子交换层深度的方法及制备所得到的钢化玻璃。该方法得到的玻璃能够获得较高表面压应力及抗弯强度。为实现上述目的，本专利技术公开的技术方案是：一种增加化学钢化玻璃离子交换层深度的方法，包括以下步骤：1)将玻璃放入熔盐中进行化学强化，温度为T1，时间为t1；2)将步骤1)得到的玻璃进行热处理，热处理温度为T2，时间为t2；3)将步骤2)得到的玻璃进行化学强化，温度为T3，时间为t3。上述方案中，步骤1)中化学强化的温度T1低于步骤2)中热处理的温度T2，步骤3)中化学强化的温度T3低于步骤1)中化学强化的温度T1。上述方案中，T1-T3≥10℃。上述方案中，T2-T1≥10℃。上述方案中，Tg-T2≥50℃，Tg为玻璃的转变温度。上述方案中，所述T1为380-490℃。上述方案中，所述T3为370-480℃。上述方案中，所述T2为390-550℃。上述方案中，所述t1为0.5-30小时。上述方案中，所述t2为0.5-8小时。上述方案中，所述t3为0.5-8小时。所述的方法制备得到的化学钢化玻璃，其厚度为0.2-5mm，优选为0.2-3mm。本专利技术通过第一步化学强化后进行第二步的热处理，可以促进交换后进入玻璃的较大半径的离子向玻璃内部扩散，从而提升离子交换层深度，然后通过第三步化学强化来弥补第二步热处理所引起的表面压应力下降，提升玻璃的表面压应力与抗弯曲强度，从而得到离子交换层深度较大，表面压应力较高，且具有良好抗弯曲强度的玻璃。以上效果产生的技术原因来源于第一步较高温度的化学强化可以产生较好的离子交换效果，即玻璃表层的较小半径离子A(如Na离子)与熔盐中较大半径离子B(如K离子)较为充分地交换，为第二步热处理促进B离子向玻璃内部扩散提供了较好的条件(即较高的B离子浓度)；在第二步热处理过程中，由于温度较高，可以提升玻璃中A与B离子的扩散能力，进一步促进玻璃表层的B离子向玻璃内部扩散，玻璃内部A离子向玻璃表层扩散，在该过程中因离子扩散及玻璃结构驰豫的影响，玻璃表面压应力下降；第三步化学强化的目的在于通过化学强化，将第二步中由玻璃内部扩散至玻璃表层的A离子与熔盐中的B离子进行交换，从而提高玻璃的表面压应力。因此，该技术方案适用于所有可进行离子交换(化学强化)的玻璃，根据玻璃的种类与组成，确定玻璃的转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增加化学钢化玻璃离子交换层深度的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将玻璃放入熔盐中进行化学强化，温度为T1；2)将步骤1)得到的玻璃进行热处理，热处理温度为T2；3)将步骤2)得到的玻璃进行化学强化，温度为T3。

【技术特征摘要】
1.一种增加化学钢化玻璃离子交换层深度的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将玻璃放入熔盐中进行化学强化，温度为T1；2)将步骤1)得到的玻璃进行热处理，热处理温度为T2；3)将步骤2)得到的玻璃进行化学强化，温度为T3。2.如权利要求1所述的增加化学钢化玻璃离子交换层深度的方法，其特征在于，步骤1)中化学强化的温度T1低于步骤2)中热处理的温度T2，步骤3)中化学强化的温度T3低于步骤1)中化学强化的温度T1。3.如权利要求1所述的增加化学钢化玻璃离子交换层深度的方法，其特征在于，T1-T3≥10℃。4.如权利要求1所述的增加化学钢化玻璃离子交换层深度的方法，其特征在于，T2-T1≥10℃。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘超，张喆颖，韩建军，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42